CN109596312A - 一种测量液舱水动力的试验装置及方法 - Google Patents

一种测量液舱水动力的试验装置及方法 Download PDF

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CN109596312A CN201811572415.0A CN201811572415A CN109596312A CN 109596312 A CN109596312 A CN 109596312A CN 201811572415 A CN201811572415 A CN 201811572415A CN 109596312 A CN109596312 A CN 109596312A
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薛米安
罗铆钧
窦朋
苑晓丽
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  • Fluid Mechanics (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种测量液舱水动力的试验装置，包括测量车，测量车底部安装有连接板一，连接板一连接有测力仪，测力仪内置有应变片，测力仪远离连接板一的端部连接有连接板二，连接板二上开设有螺纹孔。测量车通过主固定螺丝固定在振动台上，主固定螺丝从振动台底部穿透振动台，且主固定螺丝旋入螺纹孔并抵在测量车底部。测量车上一端安装有激光位移传感器，激光位移传感器的量程范围内设有反射板，测量车上部刚性连接有液舱。本发明还公开了该发明装置的方法，根据物理公式进行数据处理得出液舱内的水动力，弥补了目前实验室测量液舱晃荡水动力仪器的空白。

Description

一种测量液舱水动力的试验装置及方法
技术领域
本发明涉及液舱水动力的测量技术，具体涉及一种测量液舱水动力的试验装置及方法。
背景技术
液舱晃荡研究最初是在航空航天和核工业领域里进行的，之后便拉开了研究人员对液体晃荡问题研究的序幕。液体晃荡研究主要是了解晃荡过程中液舱内液体的运动，以及作用在舱壁上的压力。然而，在液舱晃荡研究领域中，对作用在舱壁上压力的分析，往往是测量舱壁上的多个点的压力值，并与数学模型进行比较，若测点压力吻合，则推导出模型中的水动力符合实际情况。但是，基于推导出来的水动力是否真的精准，还需要通过测量液舱内水动力与之比较。
目前，在实验室中可以直接测量液舱内某点的压力，但是对于液舱内整体的水动力，至今还没有可以直接测量的装置。并且，测量液舱内的水动力又是研究液体晃荡运动的一项重要方向。因此，基于实验室对测量液舱水动力的需求，本发明设计了一种测量液舱水动力的试验装置及方法来满足研究人员的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量液舱水动力的试验装置及方法，主要应用于测量实验过程中液体晃荡作用于壁面上的水动力。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种测量液舱水动力的试验装置及方法，包括测量车，所述测量车底部安装有连接板一，所述连接板一连接有测力仪，所述测力仪内置有应变片，所述测力仪远离连接板一的端部连接有连接板二，所述连接板二上开设有螺纹孔；
所述测量车通过主固定螺丝固定在振动台上，所述主固定螺丝从振动台底部穿透振动台，且所述主固定螺丝旋入螺纹孔并抵在测量车底部；
所述测量车上一端安装有激光位移传感器，所述激光位移传感器的量程范围内设有反射板；
所述测量车上部刚性连接有液舱。
进一步的，所述测量车包括主体支撑板，所述主体支撑板相对称的两个端部均安装有轮轴，所述轮轴的端部均安装有滑轮。
进一步的，所述连接板一通过连接螺丝安装在主体支撑板的底部。
进一步的，所述测力仪平行于主体支撑板。
进一步的，所述测力仪和连接板二都与主体支撑板之间存在间隙。
进一步的，所述应变片通信连通外部计算机。
一种基于上述测量液舱水动力的试验装置的试验方法，方法如下：所述应变片和激光位移传感器的读数传输至计算机中，通过数据处理推导出液舱的水动力；
其中，测力仪和激光位移传感器的采样频率会影响计算液舱水动力的结果，采样频率分别有50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz，即每秒采集50、100、200、500、1000个数据点；
由激光位移传感器所测得的数据，根据数值微分中点公式有：
其中，xi,i＝1,2,3···表示激光位移传感器测量的数据；
vi,i＝1,2,3···表示整个运动系统的速度；
Δt表示激光位移传感器采样频率的倒数；
a表示整个运动系统的加速度；
由测力仪所测得的数据，由下式求出液舱水动力：
F水动力＝∫∫DpdA＝F测力仪-(m测力仪+m液舱)a ②
其中，p为液体作用于液舱壁面上的压强，dA为面积微元，D为液舱壁面面积，F测力仪为测力仪读数，m测力仪为测力仪的质量，m液舱为测量车和液舱的总质量。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种测量液舱水动力的试验装置及方法，主要应用于测量实验过程中液体晃荡作用于壁面上的水动力。该测量液舱水动力装置通过测力仪和激光位移传感器，来测量液舱在振动台给予的外激励振幅下，测力仪的读数及液舱的位移。根据物理公式进行数据处理得出液舱内的水动力，特别的，测力仪和激光位移传感器的采样频率会影响计算液舱水动力的结果。该测量液舱水动力的装置及其方法弥补了目前实验室测量液舱晃荡水动力仪器的空白。
附图说明
图1是本发明装置的测量车结构示意图；
图2是本发明装置中测量车的底部结构示意图；
图3是本发明的整体结构示意图。
附图标记说明：
1-主体支撑板、2-轮轴、3-滑轮、4-连接板一、5-测力仪、6-连接板二、7-螺纹孔、8-主固定螺丝、9-振动台、10-激光位移传感器、11-反射板、12-液舱、13-应变片、14-外部计算机、15-数据输出口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1至图3所示，一种测量液舱水动力的试验装置，包括测量车，测量车包括主体支撑板1，主体支撑板1相对称的两个端部均安装有轮轴2，轮轴2的端部均安装有滑轮3。测量车上部刚性连接有液舱12，测量车底部安装有连接板一4，连接板一4通过连接螺丝13安装在主体支撑板1的底部。连接板一4连接有测力仪5，测力仪5平行于主体支撑板1。测力仪5内置有应变片13，应变片13通过数据输出口15通信连通外部计算机14。测力仪5远离连接板一4的端部连接有连接板二6，连接板二6上开设有螺纹孔7，测力仪5和连接板二6都与主体支撑板1之间存在间隙。测量车通过主固定螺丝8固定在振动台9上，主固定螺丝8从振动台9底部穿透振动台9，且主固定螺丝8旋入螺纹孔7并抵在测量车底部。
测量车上一端安装有激光位移传感器10，激光位移传感器10的量程范围内设有反射板11。
一种基于上述测量液舱水动力的试验装置的试验方法，方法如下：应变片13和激光位移传感器10的读数传输至计算机中，通过数据处理推导出液舱12的水动力。
其中，测力仪5和激光位移传感器10的采样频率会影响计算液舱水动力的结果，采样频率分别有50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz，即每秒采集50、100、200、500、1000个数据点；
由激光位移传感器10所测得的数据，根据数值微分中点公式有：
其中，xi,i＝1,2,3···表示激光位移传感器10测量的数据；
vi,i＝1,2,3···表示整个运动系统的速度，可由①式推导出来；
Δt表示激光位移传感器10采样频率的倒数；
a表示整个运动系统的加速度；
由测力仪5所测得的数据，由下式求出液舱水动力：
F水动力＝∫∫DpdA＝F测力仪-(m测力仪+m液舱)a ②
其中，p为液体作用于液舱12壁面上的压强，dA为面积微元，D为液舱12壁面面积，F测力仪为测力仪5读数，m测力仪为测力仪5的质量，m液舱为测量车和液舱12的总质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种测量液舱水动力的试验装置，其特征在于：包括测量车，所述测量车底部安装有连接板一(4)，所述连接板一(4)连接有测力仪(5)，所述测力仪(5)内置有应变片(13)，所述测力仪(5)远离连接板一(4)的端部连接有连接板二(6)，所述连接板二(6)上开设有螺纹孔(7)；
所述测量车通过主固定螺丝(8)固定在振动台(9)上，所述主固定螺丝(8)从振动台(9)底部穿透振动台(9)，且所述主固定螺丝(8)旋入螺纹孔(7)并抵在测量车底部；
所述测量车上一端安装有激光位移传感器(10)，所述激光位移传感器(10)的量程范围内设有反射板(11)；
所述测量车上部刚性连接有液舱(12)。
2.如权利要求1所述的一种测量液舱水动力的试验装置，其特征在于：所述测量车包括主体支撑板(1)，所述主体支撑板(1)相对称的两个端部均安装有轮轴(2)，所述轮轴(2)的端部均安装有滑轮(3)。
3.如权利要求2所述的一种测量液舱水动力的试验装置，其特征在于：所述连接板一(4)通过连接螺丝(13)安装在主体支撑板(1)的底部。
4.如权利要求3所述的一种测量液舱水动力的试验装置，其特征在于：所述测力仪(5)平行于主体支撑板(1)。
5.如权利要求4所述的一种测量液舱水动力的试验装置，其特征在于：所述测力仪(5)和连接板二(6)都与主体支撑板(1)之间存在间隙。
6.如权利要求1所述的一种测量液舱水动力的试验装置，其特征在于：所述应变片(13)通信连通外部计算机(14)。
7.一种基于权利要求1～6任一项所述的测量液舱水动力的试验装置的试验方法，其特征在于：所述应变片(13)和激光位移传感器(10)的读数传输至计算机中，通过数据处理推导出液舱(12)的水动力；
其中，测力仪(5)和激光位移传感器(10)的采样频率会影响计算液舱水动力的结果，采样频率分别有50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz，即每秒采集50、100、200、500、1000个数据点；
由激光位移传感器(10)所测得的数据，根据数值微分中点公式有：
其中，xi,i＝1,2,3···表示激光位移传感器(10)测量的数据；
vi,i＝1,2,3···表示整个运动系统的速度；
Δt表示激光位移传感器(10)采样频率的倒数；
a表示整个运动系统的加速度；
由测力仪(5)所测得的数据，由下式求出液舱水动力：
F水动力＝∫∫DpdA＝F测力仪-(m测力仪+m液舱)a ②
其中，p为液体作用于液舱(12)壁面上的压强，dA为面积微元，D为液舱(12)壁面面积，F测力仪为测力仪(5)读数，m测力仪为测力仪(5)的质量，m液舱为测量车和液舱(12)的总质量。
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